Il sodio boroidruro il cui nome IUPAC è tetraidridoborato di sodio, è un composto inorganico avente formula NaBH4 di colore bianco con struttura microcristallina solubile in solventi protici e negli alcoli a basso numero di atomi di carbonio scoperto dal chimico statunitense Hermann Irving Schlesinger.
Il sodio boroidruro è un agente riducente utilizzato in molti processi industriali, nelle sintesi organiche, nel trattamento delle acque reflue e come sbiancante della pasta legno.
Il boroidruro di sodio è considerato un reagente selettivo, il che significa che è un agente riducente più debole rispetto a LiAlH 4ed è utile per la riduzione di aldeidi, chetoni o cloruri acilici in presenza di altri gruppi funzionali facilmente riducibili. La reattività relativamente scarsa de sodio boroidruro si riflette nei solventi utilizzati per la riduzione. I solventi acquosi e alcolici sono preferiti a causa dell’eccellente solubilità del sodio. Reagisce con l’acqua per formare intermedi idrossiboroidruri, e questi prodotti sono anche agenti riducenti deboli.
Proprietà
A livello strutturale, il sodio boroidruro è costituito da un catione sodio (Na⁺) e un anione tetraidridoborato (BH₄⁻). Quest’ultimo possiede una geometria tetraedrica, con il boro al centro legato a quattro atomi di idrogeno. Questi idrogeni, sebbene formalmente legati in maniera covalente, possono agire come nucleofili, cedendo un idruro (H⁻), cioè una particella fortemente riducente.
Una delle caratteristiche più interessanti di questo composto è la sua selettività: in condizioni standard, è in grado di ridurre aldeidi e chetoni senza reagire con altri gruppi funzionali come esteri, ammidi o acidi carbossilici. Questa proprietà lo rende uno strumento di sintesi molto utile, specialmente quando si vogliono evitare reazioni indesiderate. Tuttavia, in presenza di catalizzatori come sali di alluminio ad esempio cloruro di alluminio AlCl₃ o ioduri metallici come LiI, può estendere la sua attività anche a substrati più resistenti come gli esteri.
Reazioni del sodio boroidruro
E’ un riducente non troppo energico e pertanto può essere utilizzato nella riduzione di gruppi carbonilici senza ridurre eventuali altri gruppi funzionali presenti nella molecola quali esteri, lattoni, gruppi carbossilici, nitrocomposti e nitrili. Il sodio boroidruro è un riducente selettivo e delicato molto utilizzato in chimica organica per la riduzione di aldeidi e chetoni a alcoli primari e secondari, rispettivamente.
riduzione di aldeidi e chetoni
Il meccanismo della reazione prevede l’attacco nucleofilo dell’idruro fornito dal NaBH₄ al carbonio carbonilico dell’aldeide con conseguente formazione di un alcossido che costituisce l’intermedio della reazione.
La protonazione dell’alcossido o in ambiente acquoso o in presenza di un solvente protico come l’etanolo, metanolo o una miscela di solvente alcolico e acqua dà luogo alla formazione di un alcol primario.
Con un meccanismo del tutto analogo il sodio boroidruro reagisce con i chetoni per dar luogo alla formazione di un alcol secondario: ad esempio l’acetofenone viene ridotto a 1-feniletanolo
Può essere utilizzato come fonte di idrogeno gassoso che si ottiene secondo la reazione di idrolisi in presenza di catalizzatori quali rutenio, platino, palladio, nichel e cobalto:
NaBH4 + 2 H2O → 4 H2 + NaBO2
La reazione di idrolisi del sodio boroidruro è esotermica e dà luogo alla formazione, a temperatura ambiente, di circa 2.6 L di idrogeno gassoso a partire da 1 g di sodio boroidruro. Inoltre il metaborato di sodio ottenuto dalla reazione può essere riconvertito in sodio boroidruro dalla reazione:
NaBO2 + C + 2 H2 → NaBH4 + CO2
Sintesi
Il metodo di sintesi del sodio boroidruro più diffuso è il processo Brown-Schlesinger dalla reazione dell’ idruro di sodio con il trimetilborato:
4 NaH + B(OCH3)3 → NaBH4 + 3 NaOCH3
Un altro metodo di sintesi è il processo Bayer dalla reazione tra borace, sodio metallico, idrogeno gassoso e biossido di silicio secondo la reazione:
Na2B4O7 + 16 Na + 8 H2 +7 SiO2 → 4 NaBH4 + 7 Na2SiO3
Il sodio boroidruro può anche essere ottenuto tramite il processo Japan-Toyota a partire da borace, iduro di magnesio e carbonato di sodio secondo la reazione:
Na2B4O7 + 8 MgH2 + Na2CO3 → 4 NaBH4 + 8 MgO + CO2
